DE102022207262B3

DE102022207262B3 - Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec

Info

Publication number: DE102022207262B3
Application number: DE102022207262.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Michael Wechs; Johannes Kaltenbach; Thomas Riedisser; Peter Ziemer; Mladjan Radic
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2022-07-15
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2042-07-16

Abstract

Es wird ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec (1), mit einer Tretkurbelwelle (Wan) als Antrieb und einer Getriebeausgangswelle (Wab) als Abtrieb sowie zumindest fünf weiteren Wellen (W1, W2, W3, W4, W5, W5'), mit drei Planetenradsätzen (RS1, RS2, RS3), welche koaxial zur Tretkurbelwelle (Wan) angeordnet sind, und mit sechs Schaltelementen (B1, B2, B3, F1, F1', F1", F2, F3) zum Realisieren von zumindest acht Gängen (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8) vorgeschlagen, wobei ein erstes Teilgetriebe mit einem ersten Planetenradsatz (RS1) vorgesehen ist, wobei dem ersten Teilgetriebe ein erstes Schaltelement (B1) und ein viertes Schaltelement (F1, F1', F1") zugeordnet sind, wobei ein zweites Teilgetriebe mit einem zweiten Planetenradsatz (RS2) und einem dritten Planetenradsatz (RS3) als Plus-Planetenradsatz vorgesehen ist, wobei dem zweiten Teilgetriebe ein zweites Schaltelement (B2), ein drittes Schaltelement (B3), ein fünftes Schaltelement (F2) und ein sechstes Schaltelement (F3) zugeordnet sind, und wobei zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes (RS1) zwei Elemente des ersten Planetenradsatzes (RS1) über das vierte Schaltelement (F1, F1', F1") miteinander verbindbar sind. Ferner wird ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Tretlagergetriebe vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec mit einer Tretkurbelwelle als Antrieb und einer Getriebeausgangswelle als Abtrieb sowie zumindest fünf weiteren Wellen, mit zumindest drei Planetenradsätzen, welche koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet sind und mit zumindest sechs Schaltelementen zum Realisieren von zumindest acht Gängen. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Tretlagergetriebe.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2016 225 169 A1 ist ein Getriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder Pedelec bekannt. Das Getriebe umfasst für die Realisierung von nur vier Gängen mindestens zwei Planetenradsätze, wobei davon notwendigerweise zumindest ein Planetenradsatz als bauraumaufwendiger Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist. Ferner sind mindestens vier Schaltelemente erforderlich. Bei einer weiteren Ausführungsvariante des Getriebes werden durch das Hinzufügen von zwei weiteren Schaltelementen und einem weiteren Planetenradsatz vier weitere Gänge realisiert. Aufgrund der vorgesehenen Verschaltung bzw. Anbindung der verschiedenen Planetenradsätze ergibt sich bei dem bekannten Getriebe eine bauraumaufwendige Ausgestaltung.
DE 10 2016 225 169 A1 zeigt ein Getriebe für ein Fahrrad, mit wenigstens vier Schaltelementen, einer Antriebswelle, einem ersten Planetensatz, der mit der Antriebswelle wirkverbunden ist, und einem zweiten Planetensatz, wobei ein Vierganggetriebe bereitgestellt werden kann.
DE 10 2016 225 168 A1 zeigt ein Getriebe für ein Fahrrad, mit wenigstens vier Schaltelementen, einem ersten Planetensatz und einem zweiten Planetensatz, wobei ein Vierganggetriebe bereitgestellt werden kann.
DE 10 2010 004 552 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrrades, wobei Pedale über Pedalarme mit einer Tretkurbelwelle verbunden sind, wobei die Tretkurbelwelle über mindestens zwei schaltbare Kupplungen mit mehreren Planetenradsätzen verbunden oder nicht verbunden werden kann.
DE 10 2018 208 380 A1 zeigt ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder Pedelec.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Tretlagergetriebe der eingangs beschriebenen Gattung mit möglichst geringem Bauaufwand und mit möglichst geringer Bauteilbelastung sowie mit besonders effektivem Verzahnungswirkungsgrad zu realisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 15 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Somit wird ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec vorgeschlagen. Das Tretlagergetriebe weist eine Tretkurbelwelle als Antrieb und eine Getriebeausgangswelle als Abtrieb sowie zumindest fünf weitere Wellen auf, wobei der Abtrieb vorzugsweise über ein Kettenrad, ein Riemenrad oder dergleichen erfolgt. Ferner umfasst das Tretlagergetriebe drei Planetenradsätze, welche koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet sind, und sechs Schaltelemente zum Realisieren von zumindest acht Gängen bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe. Um eine besonders effektive und bauraumgünstige Ausführung bei dem Tretlagergetriebe vorzusehen, ist ein erstes Teilgetriebe mit einem ersten Planetenradsatz vorgesehen ist, wobei dem ersten Teilgetriebe ein erstes Schaltelement und ein viertes Schaltelement zugeordnet sind. Ferner ist ein zweites Teilgetriebe mit einem zweiten Planetenradsatz und einem dritten Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz vorgesehen, wobei dem zweiten Teilgetriebe ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement, ein fünftes Schaltelement und ein sechstes Schaltelement zugeordnet sind. Zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes sind zwei Elemente des ersten Planetenradsatzes über das vierte Schaltelement miteinander verbindbar.
Das vorgeschlagene Tretlagergetriebe besteht somit im Wesentlichen aus zwei Teilgetrieben, wobei das erste Teilgetrieben eine 2-Gang-Gruppe bildet, während das zweite Teilgetriebe eine 4-Gang-Gruppe bildet, sodass insgesamt acht Gänge realisierbar sind. Die Reihenfolge der beiden miteinander gekoppelten Teilgetriebe kann variiert werden, indem entweder das erste Teilgetriebe mit dem Antrieb und das zweite Teilgetriebe mit dem Abtrieb gekoppelt sind oder umgekehrt. Auf diese Weise wird mit der vorbeschriebenen Anbindung der nur drei vorgesehenen Planetenradsätze und der nur sechs vorgesehenen Schaltelemente ein besonders einfacher und kompakter Aufbau bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe realisiert. Hinzu kommen eine besonders geringe Bauteilbelastungen und ein vorteilhaft hoher Verzahnungswirkungsgrad aufgrund der geometrischen Übersetzungsreihe bei dem Tretlagergetriebe.
Zur mechanischen Verbindung von Elementen der Planetenradsätze werden vorzugsweise neben Antrieb und Abtrieb nur fünf weitere Wellen oder wellenartige Elemente verwendet, wobei unter dem Begriff Welle nicht ausschließlich ein zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen ist, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die die einzelnen Radsatzelemente miteinander zur Drehmomentübertragung verbinden.
Zur bauraumgünstige Anbindung ist bei dem Tretlagergetriebe vorgesehen, dass die Tretkurbelwelle je nach Reihenfolge der Teilgetriebe entweder mit einem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes oder mit einem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, dass die Getriebeausgangswelle je nach Reihenfolge der Teilgetriebe entweder mit einem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes oder mit einem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist, dass ein drittes Element des zweiten Planetenradsatzes über eine vierte Welle mit einem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden ist, dass das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes über das sechste Schaltelement mit einem Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes verbindbar ist und dass das erste Element des zweiten Planetenradsatzes über das fünfte Schaltelement mit einem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbindbar ist.
Um bezüglich der Anordnung der Schaltelemente die bauraumgünstige Anordnung bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe zu realisieren, ist vorgesehen, dass bei geschlossenem ersten Schaltelement eine mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbundene erste Welle mit einem Gehäuse bzw. mit einem drehfesten Bauteil oder dergleichen fest verbunden ist, dass bei geschlossenem zweiten Schaltelement eine mit dem Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes verbundene zweite Welle mit dem Gehäuse fest verbunden ist, dass bei geschlossenem dritten Schaltelement die mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbundene dritte Welle mit dem Gehäuse fest verbunden ist, dass bei gesperrtem fünften Schaltelement die Getriebeausgangswelle mit der dritten Welle oder je nach Reihenfolge der Teilgetriebe eine fünfte Welle mit der dritten Welle verbunden ist, und dass bei gesperrtem sechsten Schaltelement die zweite Welle mit der fünften Welle oder je nach Reihenfolge der Teilgetriebe die zweite Welle mit der Tretkurbelwelle verbunden ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe vorgesehen, dass das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement jeweils als formschlüssige Bremse ausgeführt sind und/oder dass das vierte Schaltelement, das fünfte Schaltelement und das sechste Schaltelement jeweils als Freilauf ausgeführt sind.
Durch die vorbeschriebene gehäuseseitige Anbindung der Elemente durch die vorgesehenen Schaltelemente als Bremsen können die vorgesehenen Gänge bei sehr kompakter Bauweise des Tretlagergetriebes realisiert werden. Besonders vorteilhaft ist bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe, dass bei den vorbeschriebenen Anbindungen der Elemente untereinander als Kupplungen Freiläufe oder dergleichen verwendet werden, die keine Betätigung benötigen, da diese in eine Drehrichtung eine Kopplung von Elementen und/oder Wellen aufgrund ihrer automatischen Sperrwirkung ermöglichen und in die andere Drehrichtung die Kopplung wieder automatisch lösen.
Die als Bremsen ausgeführten Schaltelemente werden vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente beispielsweise als kostengünstige Schaltklauen oder dergleichen zum Beispiel mit einem verzahnten Bremsring und einer korrespondierenden Schaltklinke ausgeführt. Bremsen als Schaltelemente haben den Vorteil, dass diese zum Betätigen von außen ohne weiteres erreichbar sind. Da die vorgesehenen Freiläufe als Kupplungen eingesetzt werden, ist es von Vorteil, wenn die Bremsen z. B. als einseitig wirkende Bremsen ausgeführt sind, um ein Verblocken des Getriebes bei Drehrichtungsumkehr am Antrieb oder am Abtrieb zu verhindern. Vorzugsweise werden als Freiläufe nicht schaltbare Freiläufe verwendet. Dies hat den Vorteil, dass keine Schaltbetätigung bei den passiven Schaltelementen erforderlich ist. Der nicht schaltbare Freilauf überträgt ein Drehmoment, wenn dieser gesperrt ist. In der entgegengesetzten Drehrichtung wird kein Drehmoment übertragen. Es ist jedoch denkbar, dass auch schaltbare Freiläufe oder auch schaltbare Freilaufbremsen eingesetzt werden.
Bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe kann zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes vorgesehen sein, dass im Rahmen einer ersten Verblockungsvariante das erste Element des ersten Planetenradsatzes über das vierte Schaltelement mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbindbar ist. Im Rahmen einer zweiten Verblockungsvariante kann das erste Element des ersten Planetenradsatzes über das vierte Schaltelement mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden werden. Schließlich kann im Rahmen einer dritten Verblockungsvariante das zweite Element des ersten Planetenradsatzes über das vierte Schaltelement mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden werden.
Eine nächste Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass der erste Planetenradsatz und/oder der zweite Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz ausgeführt sind, wodurch sich eine besonders bauraumgünstige Anordnung ergibt. Es ist auch denkbar, dass der erste Planetenradsatz und/oder der zweite Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sind.
Ein Minus-Planetenradsatz kann bevorzugt in einen Plus-Planetenradsatz überführt werden, wenn die Planetenradträger- und Hohlradanbindung an diesem Radsatz miteinander vertauscht wird und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht wird. Ein Minus-Planetenradsatz weist an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte Planetenräder auf, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad dieses Planetenradsatzes kämmen, sodass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung entgegengesetzter Richtung dreht. Ein Plus-Planetenradsatz weist an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte und miteinander in Zahneingriff stehende innere und äußere Planetenräder auf, wobei das Sonnenrad dieses Planetenradsatzes mit den inneren Planetenrädern und das Hohlrad dieses Planetenradsatzes mit den äußeren Planetenrädern kämmen, sodass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung gleicher Drehrichtung dreht.
Dies bedeutet für den Fachmann, dass bei den als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Einzelradsätzen ein erstes Element als Sonnenrad, ein zweites Element als Planetenradträger bzw. Steg und ein drittes Element als Hohlrad ausgeführt sind. Ferner bedeutet dies, dass bei einem als Plus-Planetenradsatz ausgeführten Einzelradsatz das erste Element als Sonnenrad, das zweite Element als Hohlrad und das dritte Element als Planetenradträger bzw. Steg ausgeführt sind.
Um die Ansteuerung des vorgeschlagenen Tretlagergetriebes weiter zu optimieren, ist vorgesehen, dass zumindest ein Drehmomentsensor oder dergleichen an dem Antrieb und/oder an dem Abtrieb vorgesehen ist.
Um den Antrieb bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe elektrisch zu unterstützen, kann zumindest eine elektrische Maschine oder dergleichen mit dem Antrieb bzw. mit der Tretkurbelwelle und/oder mit dem Abtrieb bzw. mit der Getriebeausgangswelle verbunden oder verbindbar sein bzw. fest oder lösbar angekoppelt sein. Vorzugsweise kann die elektrische Maschine achsparallel zur Tretkurbelwelle angeordnet sein.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beansprucht ein Fahrrad oder Pedelec mit dem vorbeschriebenen Tretlagergetriebe. Hieraus ergeben sich die bereits beschriebenen Vorteile und weitere Vorteile.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen:

1 eine Prinzipansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes eines Fahrrades oder Pedelecs mit einem ersten mit dem Antrieb verbundenen Teilgetriebe und einem nachgeschalteten zweiten Teilgetriebe mit einer ersten Verblockungsvariante bei einem ersten Planetenradsatz;
2 eine Prinzipansicht einer zweiten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit dem mit dem Antrieb verbundenen zweiten Teilgetriebe und dem nachgeschalteten ersten Teilgetriebe mit der ersten Verblockungsvariante bei dem ersten Planetenradsatz;
3 eine Prinzipansicht der ersten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit einer zweiten Verblockungsvariante bei dem ersten Planetenradsatz;
4 eine Prinzipansicht der ersten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit einer dritten Verblockungsvariante bei dem ersten Planetenradsatz;
5 eine Prinzipansicht der zweiten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit der zweiten Verblockungsvariante bei dem ersten Planetenradsatz;
6 eine Prinzipansicht der zweiten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit der dritten Verblockungsvariante bei dem ersten Planetenradsatz;
7 eine Prinzipansicht der ersten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit einem beispielhaft angedeuteten Drehmomentsensor am Antrieb;
8 eine Prinzipansicht der zweiten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit dem beispielhaft angedeuteten Drehmomentsensor am Antrieb;
9 eine Prinzipansicht der ersten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit einer beispielhaft am Antrieb angebundenen elektrischen Maschine;
10 eine Prinzipansicht der ersten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit der beispielhaft am Abtrieb angebundenen elektrischen Maschine;
11 eine Prinzipansicht der zweiten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit der beispielhaft am Antrieb angebundenen elektrischen Maschine;
12 eine Prinzipansicht der zweiten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit der beispielhaft am Abtrieb angebundenen elektrischen Maschine; und
13 ein Schaltschema mit den schaltbaren Gänge bei dem erfindungsgemäßen Tretlagergetriebe gemäß 1 bis 12.

In den 1 bis 12 sind verschiedene Ausführungen anhand von schematischen Prinzipansichten einer ersten Ausführungsvariante und einer zweiten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes in Planetenbauweise eines Fahrrades oder eines Pedelecs 1 lediglich beispielhaft dargestellt.
Unabhängig von den Ausführungsvarianten umfasst das Tretlagergetriebe in einem Gehäuse bzw. Tretlagergehäuse 2 eine Tretkurbelwelle bzw. Tretkurbel Wan als Antrieb mit den Pedalen und eine Getriebeausgangswelle Wab als Abtrieb mit einem nicht weiter dargestellten Ketten- bzw. Riemenrad. Ferner sind fünf weitere Wellen W1, W2, W3, W4, W5, W5' vorgesehen, die mit Elementen der drei Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 gekoppelt bzw. verbunden sind. Die Elemente des ersten Planetenradsatzes RS1 und des zweiten Planetenradsatzes RS2 sowie des dritten Planetenradsatzes RS3 sind koaxial zur Tretkurbelwelle Wan angeordnet. Zudem sind sechs Schaltelemente B1, B2, B3, F1, F1', F1", F2, F3 zum Realisieren von acht Gängen V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8 vorgesehen. Das erste Schaltelement B1 und das zweite Schaltelement B2 sowie das dritte Schaltelement B3 sind jeweils als schaltbare Bremsen ausgeführt, während das vierte Schaltelement F1, F1', F1", das fünfte Schaltelement F2 und sechste Schaltelement F3 jeweils als nicht schaltbare Freiläufe ausgeführt sind.
Ferner ist vorgesehen, dass ein erstes Teilgetriebe mit dem ersten Planetenradsatz RS1 als Minus-Planetenradsatz vorgesehen ist, wobei dem ersten Teilgetriebe ein erstes Schaltelement B1 und ein viertes Schaltelement F1, F1', F1" zugeordnet sind, dass ein zweites Teilgetriebe mit dem zweiten Planetenradsatz RS2 als Minus-Planetenradsatz und dem dritten Planetenradsatz RS3 als Plus-Planetenradsatz vorgesehen ist, wobei dem zweiten Teilgetriebe ein zweites Schaltelement B2, ein drittes Schaltelement B3, ein fünftes Schaltelement F2 und ein sechstes Schaltelement F3 zugeordnet sind, und dass zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes RS1 zwei Elemente des ersten Planetenradsatzes RS1 über das vierte Schaltelement F1, F1', F1" miteinander verbindbar sind.
Zur Anbindung der beiden Teilgetriebe an den Antrieb und den Abtrieb ist bei der ersten Ausführungsvariante gemäß 1 vorgesehen, dass die Tretkurbelwelle Wan mit einem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist, dass die Getriebeausgangswelle Wab mit einem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist, dass ein drittes Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 über eine vierte Welle W4 mit einem Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist, dass das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 über das sechste Schaltelement F3 mit einem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar ist und dass das erste Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 über das fünfte Schaltelement F2 mit einem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar ist.
Zur Anbindung der beiden Teilgetriebe an den Antrieb und den Abtrieb ist bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß 2 vorgesehen, dass die Tretkurbelwelle Wan mit einem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist, dass die Getriebeausgangswelle Wab mit einem dritten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist, dass ein drittes Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 über eine vierte Welle W4 mit einem Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist, dass das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 über das sechste Schaltelement F3 mit einem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar ist und dass das erste Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit einem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar ist.
Unabhängig von den Ausführungsvarianten ist vorgesehen, dass bei geschlossenem ersten Schaltelement B1 eine mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 verbundene erste Welle W1 mit einem Gehäuse 2 fest verbunden ist, dass bei geschlossenem zweiten Schaltelement B2 eine mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbundene zweite Welle W2 mit dem Gehäuse 2 fest verbunden ist, dass bei geschlossenem dritten Schaltelement B3 die mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbundene dritte Welle W3 mit dem Gehäuse 2 fest verbunden ist, dass bei gesperrtem fünften Schaltelement F2 die Getriebeausgangswelle Wab mit der dritten Welle W3 oder eine fünfte Welle W5' mit der dritten Welle W3 verbunden ist, und dass bei gesperrtem sechsten Schaltelement F3 die zweite Welle W2 mit der fünften Welle W5 oder die zweite Welle W2 mit der Tretkurbelwelle Wan verbunden ist.
Mit der vorbeschriebenen Anbindung der Elemente der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 und der Wellen Wab, Wab, W1, W2, W3, W4, W5, W5' sowie der Schaltelemente B1, B2, B3, F1, F1', F1", F2, F3 ergibt sich eine besonders bauraumgünstige Ausführung des Tretlagergetriebes.
In den 1 bis 12 sind beispielhaft der erste Planetenradsatz RS1 und der zweite Planetenradsatz RS2 jeweils als bauraumgünstige Minus-Planetenradsätze ausgeführt. Hierbei ist vorgesehen, dass jeweils als erstes Element ein Sonnenrad SR1, SR2, als zweites Element ein Planetenradträger PT1, PT2 und als drittes Element ein Hohlrad HR1, HR2 bei den Planetenradsätzen RS1 und RS2 vorgesehen sind. Zudem ist der dritte Planetenradsatz RS3 als Plus-Planetenradsatz ausgeführt. Vorteil von Plus-Planetensätzen ist die höhere Flexibilität bei der Wahl der Übersetzungen.
Im Detail ergibt sich bei der ersten Ausführungsvariante gemäß 1 mit einer ersten Verblockungsvariante bei dem ersten Planetenradsatz RS1, dass die Tretkurbelwelle Wan mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist. Das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist im Rahmen der ersten Verblockungsvariante über die erste Welle W1 und über das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1 mit dem mit der fünften Welle W5 verbundenen Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar. Ferner ist das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement B1 mit dem Gehäuse 2 verbindbar. Das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist über die fünfte Welle W5 mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Der Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist über das sechste als Freilauf ausgeführte Schaltelement F3 und über die zweite Welle W2 mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar. Ferner ist der Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B2 mit dem Gehäuse 2 verbindbar. Das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist über die vierte Welle W4 mit dem Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden. Das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist mit der Getriebeausgangswelle Wab verbunden und über das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F2 und die dritte Welle W3 mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar. Das Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 ist über das dritte Schaltelement B3 mit dem Gehäuse 2 verbindbar.
Im Detail ergibt sich bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß 2 mit der ersten Verblockungsvariante bei dem ersten Planetenradsatz RS1, dass die Tretkurbelwelle Wan mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist. Der Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist über das sechste als Freilauf ausgeführte Schaltelement F3 und über die zweite Welle W2 mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar. Der Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 ist über das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B2 mit dem Gehäuse 2 verbindbar. Das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist über die vierte Welle W4 mit dem Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden. Das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist über die fünfte Welle W5' mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden und über das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F2 und über die dritte Welle W3 mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar. Das Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 ist über das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement B3 mit dem Gehäuse 2 verbindbar. Das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist im Rahmen der ersten Verblockungsvariante über die erste Welle W1 und über das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar. Das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist über das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement B1 mit dem Gehäuse 2 verbindbar. Das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mit der Getriebeausgangswelle Wab verbunden.
In 3 ist die zweite Verblockungsvariante bei dem ersten Planetenradsatz RS1 anhand der ersten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes dargestellt. Im Unterschied zur ersten Verblockungsvariante gemäß 1 ist bei der zweiten Verblockungsvariante das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über die erste Welle W1 und über das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1' sowie über die Tretkurbelwelle Wan mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar.
In 4 ist die dritte Verblockungsvariante bei dem ersten Planetenradsatz RS1 anhand der ersten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes dargestellt. Bei der dritten Verblockungsvariante ist das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über die fünfte Welle W5 und über das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1'' sowie über die Tretkurbelwelle Wan mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar.
In 5 ist die zweite Verblockungsvariante bei dem ersten Planetenradsatz RS1 anhand der zweiten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes dargestellt. Im Unterschied zur ersten Verblockungsvariante gemäß 2 ist bei der zweiten Verblockungsvariante das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über die erste Welle W1 und über das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1' sowie über die fünfte Welle W5' mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar.
In 6 ist die dritte Verblockungsvariante bei dem ersten Planetenradsatz RS1 anhand der zweiten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes dargestellt. Bei der dritten Verblockungsvariante ist das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 über die Getriebeausgangswelle Wab und über das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1'' sowie über die fünfte Welle W5' mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar.
In 7 ist die erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes gezeigt, bei der ein Drehmomentsensor 3 mit der Tretkurbelwelle Wan verbunden bzw. verbindbar ist. Beispielsweise kann ein scheibenförmiger Drehmomentsensor 3 am Getriebeeingang angeordnet werden. Der Drehmomentsensor 3 kann jedoch auch auf andere Art und Weise ausgeführt werden. In 8 ist die zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes mit dem Drehmomentsensor 3 an der Tretkurbelwelle Wan beispielhaft dargestellt.
In den 9 und 10 ist jeweils die erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes mit einer zusätzlichen elektrischen Maschine EM dargestellt. Die elektrische Maschine EM kann an der Tretkurbelwelle Wan angebunden werden, wie dies in 9 angedeutet ist. Es ist auch denkbar, dass die elektrische Maschine EM an der Getriebeausgangswelle Wab angebunden wird, wie dies in 10 gezeigt ist. Die elektrische Maschine EM ist vorzugsweise achsparallel zur Tretkurbelwelle Wan angeordnet. Es wäre jedoch auch eine koaxiale Anordnung der elektrischen Maschine EM zur Tretkurbelwelle Wan möglich. Unabhängig, davon ist es vorteilhaft, die elektrische Maschine EM über einen Freilauf oder dergleichen anzubinden, damit beim Betrieb ohne die elektrische Maschine EM keine Verluste durch die mitdrehende elektrische Maschine EM verursacht werden.
In 11 ist die zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes mit der elektrischen Maschine EM am Antrieb gezeigt, während in 12 die zweite Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes mit der elektrischen Maschine EM am Abtrieb dargestellt ist.
In 13 ist beispielhaft ein Schaltschema für die in den 1 bis 12 gezeigten Ausführungen des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes dargestellt. In dem Schaltschema sind die für den jeweiligen Gang V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8 verwendeten Schaltelemente B1, B2, B3, F1, F1', F1", F2, F3 angegeben. Hierbei bedeutet ein X bei einem Freilauf F1, F1', F1", F2, F3 als Schaltelement in dem Schaltschema, dass der Freilauf sperrt. Dies funktioniert selbsttätig ohne äußere Betätigung. Ferner bedeutet ein X bei einer Bremse B1, B2, B3 als Schaltelement in dem Schaltschema, dass die Bremse B1, B2, B3 geschlossen ist. Dies funktioniert über eine geeignete Aktuatorik.
Im Einzelnen ergibt sich aus dem Schaltschema gemäß 13, dass zum Realisieren eines ersten Ganges V1 das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1, F1', F1", das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F2 und das sechste als Freilauf ausgeführte Schaltelement F3 gesperrt sind, dass zum Realisieren eines zweiten Ganges V2 das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B2 geschlossen ist sowie das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1, F1', F1" und das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F2 gesperrt sind, dass zum Realisieren eines dritten Ganges V3 das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement B1 geschlossen ist sowie das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F2 und das sechste als Freilauf ausgeführte Schaltelement F3 gesperrt sind, dass zum Realisieren eines vierten Ganges V4 das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement B1 und das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B2 geschlossen sind sowie das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F2 gesperrt ist, dass zum Realisieren eines fünften Ganges V5 das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement B3 geschlossen ist sowie das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1, F1', F1'' und das sechste als Freilauf ausgeführte Schaltelement F3 gesperrt sind, dass zum Realisieren eines sechsten Ganges V6 das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B2 und das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement B3 geschlossen sind und dass vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1, F1', F1" gesperrt ist, dass zum Realisieren eines siebten Ganges V7 das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement B1 und das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement B3 geschlossen sind sowie das sechste als Freilauf ausgeführte Schaltelement F3 gesperrt ist, und/oder dass zum Realisieren eines achten Ganges V8 das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement B1, das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B2 und das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement B3 geschlossen sind.
Bezugszeichen

1: Fahrrad oder ein Pedelec
2: Gehäuse bzw. Tretlagergehäuse
3: Drehmomentsensor
SR1: Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
PT1: Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes
HR1: Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
SR2: Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
PT2: Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes
HR2: Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
SR3: Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
PT3: Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes
HR3: Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
Wan: Tretkurbelwelle
Wab: Getriebeausgangswelle
EM: elektrische Maschine
W1: erste Welle
W2: zweite Welle
W3: dritte Welle
W4: vierte Welle
W5, W5': fünfte Welle
RS1: erster Planetenradsatz
RS2: zweiter Planetenradsatz
RS3: dritter Planetenradsatz
B1: erstes Schaltelement als Bremse
B2: zweites Schaltelement als Bremse
B3: drittes Schaltelement als Bremse
F1, F1',F1": viertes Schaltelement als Freilauf
F2: fünftes Schaltelement als Freilauf
F3: sechstes Schaltelement als Freilauf
V1: erster Gang
V2: zweiter Gang
V3: dritter Gang
V4: vierter Gang
V5: fünfter Gang
V6: sechster Gang
V7: siebenter Gang
V8: achter Gang

Claims

Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec (1), mit einer Tretkurbelwelle (Wan) als Antrieb und einer Getriebeausgangswelle (Wab) als Abtrieb sowie zumindest fünf weiteren Wellen (W1, W2, W3, W4, W5, W5'), mit drei Planetenradsätzen (RS1, RS2, RS3), welche koaxial zur Tretkurbelwelle (Wan) angeordnet sind, und mit sechs Schaltelementen (B1, B2, B3, F1, F1', F1", F2, F3) zum Realisieren von zumindest acht Gängen (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8), wobei ein erstes Teilgetriebe mit einem ersten Planetenradsatz (RS1) vorgesehen ist, wobei dem ersten Teilgetriebe ein erstes Schaltelement (B1) und ein viertes Schaltelement (F1, F1', F1") zugeordnet sind, wobei ein zweites Teilgetriebe mit einem zweiten Planetenradsatz (RS2) und einem dritten Planetenradsatz (RS3) als Plus-Planetenradsatz vorgesehen ist, wobei dem zweiten Teilgetriebe ein zweites Schaltelement (B2), ein drittes Schaltelement (B3), ein fünftes Schaltelement (F2) und ein sechstes Schaltelement (F3) zugeordnet sind, und wobei zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes (RS1) zwei Elemente des ersten Planetenradsatzes (RS1) über das vierte Schaltelement (F1, F1', F1") miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Tretkurbelwelle (Wan) mit einem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) oder mit einem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist, dass die Getriebeausgangswelle (Wab) mit einem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes (RS2) oder mit einem dritten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbunden ist, dass ein drittes Element des zweiten Planetenradsatzes (RS2) über eine vierte Welle (W4) mit einem Hohlrad (HR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist, dass das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes (RS2) über das sechste Schaltelement (F3) mit einem Planetenradträger (PT3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist und dass das erste Element des zweiten Planetenradsatzes (RS2) über das fünfte Schaltelement (F2) mit einem Sonnenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbindbar ist.
Tretlagergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenem ersten Schaltelement (B1) eine mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbundene erste Welle (W1) mit einem Gehäuse (2) fest verbunden ist, dass bei geschlossenem zweiten Schaltelement (B2) eine mit dem Planetenradträger (PT3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbundene zweite Welle (W2) mit dem Gehäuse (2) fest verbunden ist, dass bei geschlossenem dritten Schaltelement (B3) die mit dem Sonnenrad (SR3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbundene dritte Welle (W3) mit dem Gehäuse (2) fest verbunden ist, dass bei gesperrtem fünften Schaltelement (F2) die Getriebeausgangswelle (Wab) mit der dritten Welle (W3) oder eine fünfte Welle (W5') mit der dritten Welle (W3) verbunden ist, und dass bei gesperrtem sechsten Schaltelement (F3) die zweite Welle (W2) mit der fünften Welle (W5) oder die zweite Welle (W2) mit der Tretkurbelwelle (Wan) verbunden ist.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (B1), das zweite Schaltelement (B2) und das dritte Schaltelement (B3) jeweils als formschlüssige Bremse ausgeführt sind und/oder dass das vierte Schaltelement (F1, F1', F1''), das fünfte Schaltelement (F2) und das sechste Schaltelement (F3) jeweils als Freilauf ausgeführt sind.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes (RS1) das erste Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) über das vierte Schaltelement (F1) mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbindbar ist.
Tretlagergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes (RS1) das erste Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) über das vierte Schaltelement (F1') mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbindbar ist.
Tretlagergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes (RS1) das zweite Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) über das vierte Schaltelement (F1") mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbindbar ist.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmomentsensor (3) mit der Tretkurbelwelle (Wan) verbunden ist.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elektrische Maschine (EM) mit der Tretkurbelwelle (Wan) oder mit der Getriebeausgangswelle (Wab) verbunden oder verbindbar ist.
Tretlagergetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) achsparallel zur Tretkurbelwelle (Wan) angeordnet ist.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (RS1) und/oder der zweite Planetenradsatz (RS2) als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist.
Tretlagergetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Minus-Planetenradsatz das erste Element als Sonnenrad (SR1, SR2), das zweite Element als Planetenradträger (PT1, PT2) und das dritte Element als Hohlrad (HR1, HR2) ausgeführt sind.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (RS1) und/oder der zweite Planetenradsatz (RS2) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist.
Tretlagergetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Plus-Planetenradsatz das erste Element als Sonnenrad (SR1, SR2), das zweite Element als Hohlrad (HR1, HR2) und das dritte Element als Planetenradträger (PT1, PT2) ausgeführt sind.
Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Realisieren eines ersten Ganges (V1) das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F1, F1 `, F1"), das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F2) und das sechste als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F3) gesperrt sind, dass zum Realisieren eines zweiten Ganges (V2) das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement (B2) geschlossen ist sowie das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F1, F1', F1") und das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F2) gesperrt sind, dass zum Realisieren eines dritten Ganges (V3) das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement (B1) geschlossen ist sowie das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F2) und das sechste als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F3) gesperrt sind, dass zum Realisieren eines vierten Ganges (V4) das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement (B1) und das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement (B2) geschlossen sind sowie das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F2) gesperrt ist, dass zum Realisieren eines fünften Ganges (V5) das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement (B3) geschlossen ist sowie das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F1, F1', F1") und das sechste als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F3) gesperrt sind, dass zum Realisieren eines sechsten Ganges (V6) das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement (B2) und das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement (B3) geschlossen sind und dass vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F1, F1', F1") gesperrt ist, dass zum Realisieren eines siebten Ganges (V7) das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement (B1) und das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement (B3) geschlossen sind sowie das sechste als Freilauf ausgeführte Schaltelement (F3) gesperrt ist, und dass zum Realisieren eines achten Ganges (V8) das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement (B1), das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement (B2) und das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement (B3) geschlossen sind.
Fahrrad oder Pedelec (1) mit dem Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche.